一、航空发动机固定阶混合μ控制器设计方法的研究（论文文献综述）
房善想[1]（2021）在《面向航空叶片表面超声强化的机器人运动规划与柔顺控制研究》文中研究表明航空发动机叶片的表面强化对提高发动机使用寿命和工作效率、提升飞机飞行安全具有重要意义。由于叶片的材料钛合金具有比强度高的特点,对其进行超声强化需要大振幅稳定输出的超声换能器。另外,为了提高超声强化的自动化水平和实现叶片表面的高精度强化加工,需要应用工业机器人装载强化装置以自动完成工艺过程,并且工业机器人工作时需要进行特定的运动规划以及接触力的柔顺控制。本文的研究内容包括四个部分。（1）可提供大振幅稳定输出的超声表面强化换能器研制。对于TC4钛合金的超声强化,需要换能器提供持续稳定的大振幅输出。采用稀土超磁致伸缩材料代替压电陶瓷来研制超声换能器,以Terfenol-D棒为核心元件设计复合振子,提高前后振速比与振动稳定性。通过复合振子模态分析,得到振型良好的固有频率,获得大振幅输出,同时稀土超磁致伸缩换能器的整体有限元磁场分析验证了其整体磁场封闭并且分布合理。经测试,所研制的换能器在方波20 k Hz的条件下,输出振幅可达11.3μm,测试材料强化区域的表面质量分布均匀良好,体现出换能器能够保持有效振幅的持续稳定输出。（2）基于超声表面强化动力响应的机器人运动规划。一方面构建关于TC4钛合金超声表面强化动力响应模型,获取强化过程中的工具头运动状态及压深信息。另一方面基于此响应模型对航空叶片表面超声强化路径点进行合理提取,使整体路径分布可根据叶片表面曲率自适应调整,在保证强化质量的同时提高效率。为描述超声强化工具头在机器人任务空间的位姿,建立机器人与末端超声强化装置的联合运动学模型,基于四元数球面立体插值法进行平滑的工具头姿态轨迹规划。通过算法仿真验证,得到适用于叶片表面超声强化的机器人运动规划方法。（3）机器人超声表面强化接触力柔顺控制。将机器人的位置控制和力控制进行解耦,采用智能控制方法对柔顺力控制装置的输出力进行控制,解决航空叶片表面超声强化作业过程中在多冲击与震荡工况环境下的接触力恒定控制问题。通过时域测定法对柔顺力控制装置系统进行参数辨识,获得其实验测定模型。将模糊PID控制器与RBF神经网络相结合进行柔顺力控制装置的输出接触力恒定控制,使控制器具有自适应性和智能性,改善系统的响应性能和跟随鲁棒性。该柔顺控制策略实现了对柔顺力控制装置系统的控制优化,有效提升柔顺控制器的静态特性和动态特性。（4）航空叶片的机器人超声表面强化实验。通过分析柔顺力控制系统的响应性能、控制精度与跟随鲁棒性,验证采用模糊RBF神经网络PID控制方法可以有效提高柔顺力控制装置输出力的响应性能,提高系统动态特性,实现系统的快速调节。设计响应曲面实验法,研究机器人超声强化加工主要工艺因素对强化后的表面粗糙度以及表面硬度的交互影响规律,并获取最优的加工参数组合。钛合金叶片表面经机器人超声强化后形成规则均匀的条纹状强化纹理,表面粗糙度由Ra2.7μm降低到Ra 0.8μm左右,表面硬度从585 HL提高到672 HL左右,表面残余压应力最大可达841 MPa,压应力层深度接近1.2 mm,从而为面向航空叶片表面超声强化的机器人运动规划及柔顺控制技术的实际应用提供可行性参考。
董金鲁[2]（2021）在《襟翼飞行器非线性控制方法研究》文中提出高超声速飞行器再入过程中,由于速度过大,剧烈压缩飞行器前方的空气,导致温度迅速升高,这一现象导致气动舵容易被严重烧蚀,严重制约气动舵的使用。襟翼（flap）安装于飞行器的尾部,通过对称或非对称偏转对飞行器进行控制,襟翼不裸露于飞行器机身之外,避免高速飞行中被烧蚀。但是,仅有襟翼的飞行器控制系统只有等效的升降舵和副翼,而缺少方向舵控制量,变为一个欠驱动系统,而且其面对称的气动外形决定了此飞行器必须采取倾斜转弯（BTT）控制方式,导致三通道控制系统更严重的耦合和非线性特征,这给飞行控制律的设计带来很大难度。再入飞行器在不同的飞行阶段,其飞行高度和马赫数相差很大。针对飞行器在稠密大气层内飞行阶段的控制问题,本文研究以襟翼为控制量的纯气动控制系统设计问题;针对飞行器在临近空间高层飞行阶段的控制问题,本文研究以襟翼和直接侧向力为控制量的复合控制系统设计问题。针对新型襟翼飞行器构造六自由度数学模型。本文应用非线性系统弱可控理论证明了以攻角、侧滑角、滚转角为状态变量的倾斜转弯（Bank-to-Turn,BTT）襟翼飞行器三通道运动的能控性,为控制器设计提供了理论依据。针对纯气动控制襟翼飞行器,考虑舵机的一阶动态特性,以过载为状态变量,推导出新的数学模型,同样应用非线性系统弱可控理论证明了系统的能控性。本文应用状态依赖Riccati方程（State dependent Riccati equation,SDRE）控制方法及求取状态相关系数（state dependent coefficient,SDC）关键技术,设计了襟翼飞行器的三通道最优控制律。仿真结果表明,襟翼飞行器可以快速且准确的跟踪纵向和侧向的过载指令以及滚转角指令,验证了三通道控制器设计的有效性。由于SDRE的解算需要在线实时求解,不利于控制器的实时实现,我们又应用反馈线性化（feedback linearization,FL）方法设计了控制器,选取攻角和滚转角作为输出量,利用微分几何理论求取系统的内动态。根据李雅普诺夫稳定性理论,确定了内动态稳定的条件。针对两种典型信号的仿真结果验证了应用反馈线性化所设计的三通道控制器的有效性。为了提高高空襟翼飞行器控制系统的控制品质,本文提出在偏航通道引入一对姿控发动机的技术方案,以解决偏航通道缺少控制量、侧滑角难以控制的问题。由于襟翼是连续控制量,姿控发动机是Bang-Bang型控制,此时系统是混合控制系统。由于倾斜转弯（BTT）飞行器在整个飞行过程中,侧滑角始终为小值,可将俯仰通道从系统中解耦出来,对俯仰通道利用线性二次型最优理论设计控制律。对滚转-偏航通道联合设计,针对气动控制系统和直接力控制系统分别设计控制律。针对气动控制系统,利用线性二次型最优理论设计控制律;针对直接力控制系统,将线性二次型最优理论设计的控制律代入控制模型,得到新的受控对象模型,将线性控制模型转变为线性规范形式,针对规范形式的线性系统,利用滑模理论设计控制律。仿真结果表明,引入的直接力有利于稳定侧滑角,系统状态表现良好。最后,为满足对高超声速飞行器在临近空间高品质控制的需求,在飞行器尾部的俯仰和偏航通道各安装一对姿控发动机,选取纵向和侧向过载作为输出量。首先针对纯气动控制系统分析内动态,得到过载反馈纯气动控制系统内动力学不稳定的结论;再针对复合控制系统分析内动态,得到过载反馈复合控制系统内动力学稳定的结论。然后,利用反馈线性化方法针对复合控制模型设计控制器。仿真结果表明,飞行器在复合控制作用下,可以更快跟踪指令信号,表现出更好的控制品质。
杨林翰[3]（2021）在《切换仿射系统的多模型自适应控制及其在航空发动机上的应用》文中指出航空发动机是一类多学科融合的复杂系统,其建模和控制具有较大的难度。当航空发动机产生性能退化或者其零部件存在制造误差的问题时,系统平衡点将发生偏移,极易导致系统偏离期望的轨迹;此外,航空发动机也广泛存在着未建模动态以及系统多模态切换运行的问题,这也给控制器的设计带来了较大的困难和挑战。本文以航空发动机为被控对象,着重解决航空发动机存在不确定性、性能退化、多模态运行情况下的渐近跟踪控制问题。主要工作包含以下部分:（1）以某型航空发动机为被控对象,首先根据发动机机理建立发动机非线性部件级模型;然后以典型工作点为例,将各部件模型联合迭代以求解稳态平衡点;进一步,选取不同模态并将系统在工作点处进行线性化,得到线性化模型,同时考虑退化因素建立仿射系统模型;最后考虑不同运行模态,建立面向航空发动机控制的切换仿射系统。（2）针对仿射系统模型,提出多模型自适应控制策略解决状态跟踪问题。首先设计了一种可重置参数的自适应控制器和带有投影函数的自适应律;然后,为系统配置了3类辨识模型用作参数集;同时,基于一种增广滤波器来实时计算系统多维未知参数,并将计算出的参数传递到可重置参数的固定辨识模型;进一步,提出一种组合性能指标,使系统能够获取最优参数,并将其重置给自适应控制器以提高系统暂态性能;最后给出闭环误差系统渐近稳定的充分条件,并通过数值仿真验证了所提方法的有效性和优越性。（3）针对切换仿射系统模型,提出双层切换结构和控制律。首先使用多模型自适应控制策略设计子系统的内层切换以保证子系统跟踪问题;然后,分析系统在子系统和辨识模型都不切换、仅有辨识模型切换以及子系统和辨识模型均切换的三种情况下的系统Lyapunov函数的变化情况。进一步,利用平均驻留时间方法设计了外层切换律,保证了切换仿射系统对参考模型的渐近跟踪性能。最终给出闭环误差系统渐近稳定的充分条件,并通过数值仿真验证了所提方法的有效性。
韩英举[4]（2021）在《基于数据驱动的涡扇发动机非线性控制器设计研究》文中提出涡扇发动机以其高推进效率和低耗油率在民用和军用航空领域有着广泛应用。然而,随着飞机对推进系统性能要求的提高,涡扇发动机结构愈加复杂,系统非线性和变量间耦合特性也相应增强,因此需要探索先进控制器设计方法以满足其性能和安全要求。近年来,随着人工智能技术的发展,基于数据驱动的控制器设计方法在航空发动机领域逐渐发展。因此,本文依托某部委重点项目“XX发动机基础问题研究”,针对某型涡扇发动机开展基于数据驱动的非线性控制器设计研究。主要研究内容包括:针对涡扇发动机直接控制器设计问题,提出了一种基于自适应增强的控制器设计方法。首先,将最小二乘支持向量机引入模型参考控制器设计架构,并基于凸优化方法完成控制器设计,从而保证了控制器的渐近收敛性。其次,采用多个基础控制器结合自适应增强算法,设计基于自适应增强的涡扇发动机控制器。仿真结果表明,该控制器设计可降低涡扇发动机稳态控制误差,由于引入自适应增强算法,有效抑制了过拟合。针对涡扇发动机多变量控制器设计问题,提出一种基于滑动模态变结构的控制方法。首先,分析了该型涡扇发动机控制参数、目标,确定了仿真工作点。其次,设计了涡扇发动机滑动模态控制器控制燃油流量和尾喷管面积,采用带饱和的幂次趋近律防止切换面抖振,通过鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm,WOA）优化增益和饱和边界层。硬件在环验证结果表明,该算法可保证实时性要求,稳态误差小于1%,具有良好控制性能。为了进一步提高涡扇发动机多变量控制器性能,本文提出了两种基于数据驱动的涡扇发动机多变量控制器设计方法。首先,提出了一种RBF神经网络滑模控制器,通过RBF神经网络对发动机系统不可测扰动做出实时补偿。仿真结果表明,所提方法能提高系统响应时间,相较经典滑模控制,稳态误差较小。其次,提出了一种因果卷积神经网络控制器,利用正则化降低过拟合,采用WOA优化初始权及学习率。仿真结果表明,所提方法可进一步降低稳态误差,满足涡扇发动机控制要求。
王欣悦[5]（2021）在《航空发动机分布式系统时延分析及控制设计》文中进行了进一步梳理随着航空发动机控制要求的提高,传统的集中式控制架构已经很难满足复杂的控制需求。为了进一步提高发动机性能、减轻发动机总重,航空发动机控制系统正在由集中式控制架构逐渐向分布式控制架构过渡。然而,分布式控制系统的网络化特点不可避免地造成了控制系统的复杂性,主要表现为存在网络时延、数据丢包等问题。其中网络时延对系统稳定性和各项控制性能指标的影响尤其显着,使得控制器的设计难度大大增加。本文针对存在时延的航空发动机分布式控制系统,开展分布式时延控制算法设计及仿真试验研究,具体内容如下:（1）开展分布式系统网络诱导时延研究,具体结合总线带宽、触发机制等内容,对航空发动机分布式控制系统中时延产生的诱导因素及时延大小的影响因素进行了深入分析。（2）针对存在时延的航空发动机分布式控制系统,考虑航空发动机的多变量控制需求,提出了基于增广线性二次型调节器（Augmented Linear Quadratic Regulator,简称ALQR）最优控制理论的双重增广线性二次型调节器（Double Augmented Linear Quadratic Regulator,简称DALQR）时延控制方法,结合无扰切换控制及执行机构控制,设计发动机时延控制系统,以减少时延对发动机系统性能的影响。（3）针对实际系统网络时延的不确定性,提出了基于神经网络时延预测的内模控制（Internal Model Control,简称IMC）方法,设计发动机内模时延控制系统,并进行了数字仿真验证和分析,表明所提的控制方法对时变的网络时延具有较好的控制效果。（4）利用Truetime工具箱建立航空发动机分布式控制系统仿真平台,模拟实际系统的网络传输情况。在该平台上对分布式控制系统三种典型拓扑结构进行了仿真和分析,并对所提出的控制器设计方法进行了验证。（5）开展了航空发动机分布式控制系统的硬件在回路仿真试验研究,试验结果表明,所设计的DALQR和IMC控制器可以保证分布式架构下系统的稳定性,且能够在长时延情况下确保航空发动机的期望控制性能,同时具有较好的抗干扰性。
马壮（John Z. Ma）[6]（2021）在《连续爆轰发动机起爆、湮灭、再起爆机理的实验研究》文中提出连续爆轰发动机是国际航空航天动力领域的热点,各主要国家都在投入人力、物力、财力抢占研发的制高点。研究进展上,大多数国家已经脱离了单纯的机理探索,逐渐向工程应用努力,一旦技术成熟并定型装备,极有可能在火箭发动机、航空发动机和冲压发动机领域取得跨越式发展。本文以国防重大需求为牵引,以工程化应用为目标,针对工程化所必须解决的连续爆轰发动机高效、稳定、可控的关键难题,开展了连续爆轰发动机起爆、湮灭、再起爆机理的实验研究。主要研究内容1为:（1）设计了五种不同构型的连续爆轰燃烧室。在导师的组织领导下,负责建设了北京大学连续爆轰发动机综合实验平台。目前该实验平台已具备不同流量范围的液态煤油和多种气态燃料的一体化综合控制实验能力。实验能力大幅度提升。（2）采用了一种小波变换（WT）分析方法,解决了短时傅里叶变换（STFT）在分析爆轰波压强信号时的倍频干扰问题。提出了一种工程上评价空间掺混效果的无量纲参数。多波相比单波模态,二次掺混时掺混不均匀导致爆轰波速度会进一步亏损,并给出了亏损模型。连续爆轰发动机起爆延迟时间随着预爆轰管充气时间的增加先增加后稳定不变。（3）通过系统分析高速摄影视频与压强变化曲线,发现了七种燃烧模态并给出了压强曲线判别方法,即爆燃模态、DDT过程、爆轰-爆燃并存模态、强-弱爆轰并存模态、不稳定转稳定爆轰模态、稳定爆轰模态和单-双波转变模态。连续爆轰波从起爆到稳定传播一般要经过自调节阶段和稳定阶段。自调节阶段包括爆燃、爆燃转爆轰（DDT）过程、爆轰与爆燃耦合、强弱爆轰耦合和不稳定转稳定爆轰。自调节阶段一般需要上百毫秒时间,增加总压可以缩短自调节阶段的时间。（4）实验中发现了连续爆轰发动机内三类再起爆现象。对于单波-双波-单波转变现象,提出了一种双波“交互-调整”机理来分析该过程。局部剩余的可燃气体经过燃烧室头部内壁附近激波反射所形成的持续的局部高压“热点”诱导再起爆所致。短时再起爆湮灭时间一般在几毫秒到十几毫秒之间。再起爆主要是由激波与壁面作用形成的高压点或者双波对撞形成的高压点或者反射激波形成的高压点或者它们之间的组合造成的。长时再起爆湮灭时间一般在一百毫秒到几百毫秒之间。长时再起爆是掺混不好导致爆燃在某一阶段占据主导作用造成的。在一定范围内增加喷注压力有利于爆轰波再起爆,从而缩短湮灭时间或者避免湮灭的发生。再起爆现象的存在会对发动机的稳定工作和性能造成影响。（5）在稳定爆轰模态下,发动机尾焰呈亮蓝色,出口温度较高,推力稳定。在爆燃占主导的不稳定燃烧模态下,发动机尾焰呈暗黄色,出口温度偏低,发动机出口处发生了扩散燃烧,推力不稳定。相同条件下,爆轰比爆燃比冲提高可达18%。通过设计水冷式燃烧室实现了长达20s的连续爆轰波稳定运行。发动机壁面缺陷的存在导致局部强扰动的流场,造成壁面局部温度过高而出现烧蚀。（6）结合连续爆轰波的特性和对不同飞行器动力要求,提出了五种面向工程应用的发动机概念设计方案并通过三维建模进行了详细的参数设计。
马继承[7]（2020）在《碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机控制方法研究》文中提出碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机在长时间宽马赫工作过程中,控制系统必须时刻快速调整发动机的工作状态,以适应复杂的飞行任务,如加速、巡航、突防等。因此控制系统既要承担起改变发动机内部流动燃烧状态、控制发动机推力和施加保护控制的任务,又要具备快速响应性、良好的鲁棒性和稳定性,防止超温、不起动等,是一个多目标控制问题。针对再生冷却过程给发动机带来的特殊的超温问题、慢的动态响应问题以及模态转换问题,如何合理调节不同喷注位置的燃油量,保证发动机推力需求,实现安全高效运行至关重要。因此本文开展了如下几方面的研究工作:从控制系统研究的视角指出亟需一种能体现碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机分布参数特性的非稳态快速仿真计算模型。考虑燃气与壁面的热对流、壁面的热传导、壁面与冷却剂的热对流以及冷却剂的流动过程,建立了再生冷却计算模块。基于非定常准一维欧拉方程,建立了碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室计算模块。将再生冷却模块与燃烧室模块通过边界条件联结在一起,并采用C与Matlab混合编程,在Simulink平台上搭建了流动—燃烧—传热多过程耦合的一维快速仿真模型,通过非稳态与稳态计算仿真验证了一维耦合模型能够以较低的计算成本得到满足控制系统研究所需精度的碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机一维参数分布。针对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机在全工况飞行过程中“越飞越快越超温”的现象,提出了解决再生冷却过程引发特殊的超温问题的控制方法。开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机温度特性研究,分析了再生冷却作用下温度超调特性,针对碳氢燃料再生冷却与无冷却超燃冲压发动机开展了燃油分配比例对油温的影响规律研究,进行了不起动与超温限制下的两种发动机安全工作区域对比。此外针对不同燃烧室构型对温度特性的影响开展了相关研究,并对局部超温问题和超温监测量选取问题进行详细阐述。开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机温度控制方法研究,包括贴近超温边界时温度保护控制方法、越过超温边界时超温恢复控制方法,并对高马赫数下推力—热载荷不平衡问题,通过调节燃油分配比例提高了可达到的最大飞行马赫数,但飞行过程中仍然无法找到平衡点,提出用大量燃油对发动机进行冷却、将过量冷却燃油抛弃的方案。针对再生冷却过程导致超燃冲压发动机动态响应慢的问题,开展了对推力与稳定裕度控制方法的研究。在保证安全运行的前提下,探究如何分配各喷油位置的燃油当量比以保证最大推力,揭示了碳氢燃料再生冷却与无冷却超燃冲压发动机推力与稳定裕度特性的差异性,通过非稳态仿真计算开展了两种发动机动态响应特性分析。开展了对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机推力与稳定裕度不同控制策略下控制效果的讨论,并在推力与稳定裕度保护切换控制下分析了再生冷却给切换转换点带来的特殊性问题,提出了新的切换控制策略既能保证发动机安全又能最大程度挖掘性能潜力。针对燃烧模态转换过程中的突变与滞环现象,开展了碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机燃烧模态转换控制方法研究。为探索再生冷却给燃烧模态转换带来的特殊性,进行了不同飞行马赫数、燃油不同分配比例下的仿真,从控制角度分析了再生冷却作用下突变特性、滞环特性与燃烧模态转换路径的差异性。开展了基于再生冷却的燃烧模态转换控制方法研究,针对小滞环与大滞环情形下燃烧模态转换过程进行了不同控制方案的仿真,发现通过合理选择控制方法,可以保证发动机在燃烧模态转换过程中平稳过渡,最后提出了燃烧模态转换控制的指导性方案。针对碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机安全高性能需求下的多目标控制问题,开展了多目标控制方法研究。建立了包括推力控制、温度保护控制、超温恢复控制、稳定裕度保护控制与再起动恢复控制的多回路协调控制系统,在定工况下进行了定控制器参数的多回路协调控制系统验证,以及宽工况基于增益调度的变控制器参数多回路协调控制系统仿真。此外,将发动机抽象成两输入—两输出的线性系统,选定输入变量为第一、二级燃油当量比,输出变量为推力与冷却通道出口油温,开展了基于温度与推力的多变量控制系统设计与系统仿真,实现了推力与油温的同时双重控制,展现了多变量控制在解决不同控制变量或控制目标耦合问题方面上具有明显的优势,保证了发动机安全高性能工作。
吕铖坤[8]（2019）在《基于平衡流形模型的涡扇发动机多变量控制研究》文中进行了进一步梳理随着现代先进战机性能需求的不断提升,特别是在飞行器复杂的大范围变工况下,如何利用较小的控制能量,在满足高机动作战性能需求的同时,确保发动机各项安全裕度指标不超过限制,已经成为控制系统设计者们面临的重要问题。控制系统设计离不开大量的建模工作,航空发动机自身结构的独特形式,为其控制用模型的建立带来了不同于一般非线性系统的特殊性。平衡流形模型的提出旨在减轻传统线性变参数模型建立过程涉及的巨大工作量,并通过考虑系统内部变量,使模型能够进行控制系统设计的同时保留足够的系统非线性特性。本文以解决大范围变工况运行的航发对象多变量控制问题为目的,针对平衡流形模型向多入多出系统的扩展和基于该模型的多变量控制方法展开以下研究:首先,研究了平衡流形模型的辨识过程。通过归纳整理前人针对平衡流形模型的主要研究,给出了不同于一般线性化方法的平衡流形模型整体结构,介绍了平衡流形模型的主要性质,保证了通过该方法构造线性模型的可行性。针对具有复杂非线性的涡扇发动机对象,给出了多入多出平衡流形模型的主要结构,研究了动静两步法在多入多出平衡流形模型辨识中的应用,充分展现了调度变量组合方式对模型精度的影响,并得到了具有较高稳态、动态精度的平衡流形模型。平衡流形模型的研究工作为后续进行控制系统设计提供了模型基础。其次,针对高性能需求带来的航空发动机控制变量多样化,开展了基于平衡流形模型的多变量H∞控制研究。给出了平衡流形建模方法在获取线性状态空间模型上的实际应用,通过平衡流形的主要性质补全状态空间模型系数矩阵缺失的参数,获得可用于多变量控制器设计的线性结构形式。进行了开环特性仿真,利用稳定性分析和相对增益阵列分析的手段,得到了平衡流形模型用于控制系统设计的最终调度变量组合方案。仿真结果表明,在设计点处多变量控制器拥有较好的控制性能,然而,该控制器无法保证大范围变工况运行下系统良好的控制效果。研究给出了平衡流形模型的线性化应用,验证了基于此模型的鲁棒多变量控制在一定范围内的有效性,但也暴露出该控制方法的某些局限性,从而引出接下来的研究工作。再次,以平衡流形模型为工具,考虑线性变参数控制方法进行涡扇发动机多变量控制研究。探究了平衡流形模型这一考虑系统内部参数时变特性的非线性结构在线性变参数方法中的应用,基于平衡流形模型构建可用于鲁棒变增益控制器设计的线性变参数系统,通过状态扩展的方法获得基于平衡流形方法的涡扇发动机增广模型,令模型满足鲁棒线性变参数控制所需的假设。考虑了鲁棒变增益控制原理在多项式形式的线性变参数模型中应用面临的困难,在控制器设计过程中采用多胞技术,给出有限个多胞顶点以简化控制器求解过程。仿真结果表明,基于平衡流形模型得到的鲁棒变增益控制器,能够有效改善控制系统在内部参数变化时的系统输出性能,然而,飞行条件变化带来的系统非线性也应在研究中进行考虑。最后,针对上述研究结论,利用切换线性变参数控制方法,尝试在控制系统中加入飞行条件的变化特性,研究基于平衡流形模型的涡扇发动机多变量控制问题。给出了基于Lyapunov函数保证系统渐近稳定的充分条件,考虑共同Lyapunov函数的方法设计保证系统切换过程稳定的切换线性变参数控制器。研究为了降低控制器设计过程中的难度,提出了一种特殊的控制策略,将飞行条件高度和马赫数作为切换的指令信号,但不在结构上增加平衡流形模型的复杂性,即不改变单个平衡流形子系统的辨识过程,而是在整个切换系统考虑飞行条件带来的影响,通过大量仿真,找到高度和马赫数变化时系统的切换面。在两个平衡流形模型子系统之间考虑平滑过渡的切换过程,避免了切换过程出现抖振和明显突跳。控制结果表明,切换线性变参数控制器能够在任意方向上进行切换,并且在大范围运行包线内拥有良好的控制效果。
杨文骏[9]（2018）在《高超声速飞行器巡航非线性控制技术研究》文中研究指明高超声速飞行器具有飞行速度极快、飞行高度高以及机动性强等独特优势,得到了世界各国的广泛关注。近半个多世纪以来,以美俄为代表的各军事大国都开展了大量的高超声速飞行器相关关键技术研究,并取得了丰富的成果。但也由于高超声速飞行器的高动态、强非线性、强耦合、强不确定性和快时变等特点,作为核心技术之一的飞行控制系统设计仍然面临着巨大挑战。本文主要针对高超声速飞行器的巡航飞行控制问题,结合非线性动态逆、反演法、动态面、自适应和滑模变结构等几类非线性控制方法,进行了一系列深入研究。首先,基于锥形体构型的高超声速飞行器,采用牛顿-欧拉方法建立高超声速飞行器的六自由度模型,为了便于设计其巡航飞行控制系统,通过合理的简化假设,最终得到飞行器的纵向非线性运动模型。在标称情况下,通过雅克比小扰动线性化方法得到飞行器在特定平衡点处的线性模型,并对其进行了开环特性分析,发现该模型在复平面右半平面存在开环极点,飞行器的纵向模型是不稳定的,需对其开展控制系统设计。其次,采用精确反馈线性化技术,通过对速度和高度分别求3阶和4阶导数,实现了速度和高度子系统的解耦,得到了高超声速飞行器的纵向逆模型,并在此基础上直接设计动态逆控制器,通过极点配置,使得闭环系统跟踪误差特征多项式是Hurwitz的,保证了系统的稳定性。结合精确反馈线性化过程中的部分信息,设计二阶扩张状态观测器,实现了对系统参数不确定性和外界干扰的有效估计,并通过在控制器中的动态补偿,使闭环系统对扰动具备较强的鲁棒性。接着,以获得的高超声速飞行器纵向逆模型作为控制内环,提出了一种基于扩张状态观测器的鲁棒反演控制器作为控制外环,考虑到传统反演法中存在“微分爆炸”的问题,通过引入动态面技术,设计了具有更强噪声抑制能力的反双曲正弦跟踪微分器来求取虚拟控制量的微分信号,有效降低了传统反演控制器的复杂程度,并设计了结构更为简单、只有一个调节参数的线性扩张状态观测器,实现了对系统不确定项和外界干扰的精确估计和补偿,在保证高超声速飞行器对速度和高度参考指令稳定跟踪的同时,大幅增强了闭环系统的扰动抑制能力。然后,同样以纵向逆模型作为控制内环,设计了一种基于指数趋近律的自适应滑模控制器,通过设计控制器中切换项的自适应增益,有效克服了上界未知的系统不确定性参数带来的影响,保证了闭环系统稳定的指令跟踪性能。针对传统滑模收敛速度慢的问题,提出了一种基于多幂次趋近律的滑模控制器,设计了3个幂次项对系统趋近滑模面的不同阶段进行自主调节,使得系统状态收敛到滑模面的速度显着提高,还设计了基于反双曲正弦跟踪微分器的新型非线性干扰观测器对系统不确定性和外界干扰进行综合估计,仿真验证说明,和传统滑模控制以及基于双幂次趋近律的滑模控制相比,本文所设计的方法使得系统状态几乎全程都处在滑模面上,且非线性干扰观测器对扰动的估计误差能够在有限时间内收敛到原点的任意小邻域内,大幅增强了系统对参数摄动和外部扰动的鲁棒性和适应性。最后,针对高超声速飞行器存在的非匹配干扰和控制输入受限的问题,先将飞行器纵向运动模型转换为严参数反馈形式,在此基础上设计了自适应反演控制器,采用一阶低通滤波器求取虚拟控制量的微分,降低了控制器的设计难度,并通过设计的自适应估计补偿项,实现了对非匹配干扰和低通滤波器滤波误差的有效估计,再构造辅助误差系统对执行机构的实际输出进行补偿,有效改善了输入受限的问题。仿真结果表明,本文所设计控制器使得飞行器在非匹配干扰和输入受限的影响下能够实现对较大参考指令的稳定跟踪。
刘振刚,崔丽娜,郭政波[10]（2018）在《航空发动机μ控制器设计及降阶方法研究》文中研究说明涡扇发动机的多变量控制是目前的研究热点。为了研究鲁棒镇定发动机的结构化摄动和非结构化摄动对系统稳定性影响,采用结构奇异值理论分析方法,通过设置合理的加权函数,设计性能最优的μ控制器。采用内部平衡截项法、残化法和Hankel-范数近似法等对控制器模型降级处理,通过分析奇异值与范数误差,选取合适的降级方法,以保证降阶后系统能够稳定工作。仿真结果表明,所设计的控制器能够使系统稳定工作,系统能鲁棒镇定结构化摄动和非结构化摄动,且具有良好的控制品质,且控制器降阶后对系统基本没有影响。
二、航空发动机固定阶混合μ控制器设计方法的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、航空发动机固定阶混合μ控制器设计方法的研究（论文提纲范文）
（1）面向航空叶片表面超声强化的机器人运动规划与柔顺控制研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 相关技术研究综述 |
| 1.2.1 航空叶片表面强化的研究现状 |
| 1.2.2 超声表面强化技术的研究现状 |
| 1.2.3 机器人自由曲面加工技术的研究现状 |
| 1.3 关键问题 |
| 1.4 研究内容 |
| 2 稀土超磁致伸缩换能器的研制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 面向航空叶片表面的机器人超声强化系统 |
| 2.3 稀土超磁致伸缩换能器的特性分析 |
| 2.3.1 换能器的整体结构分析 |
| 2.3.2 稀土超磁致伸缩材料特性分析 |
| 2.3.3 复合振子的振速比分析 |
| 2.4 稀土超磁致伸缩换能器的有限元分析 |
| 2.4.1 复合振子的模态分析 |
| 2.4.2 换能器的有限元磁场分析 |
| 2.5 稀土超磁致伸缩换能器的性能测试 |
| 2.5.1 换能器的电源选配 |
| 2.5.2 换能器的输出振幅测试 |
| 2.5.3 换能器的超声表面强化加工测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于超声表面强化动力响应的机器人运动规划 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 TC4 钛合金表面超声强化动力响应模型 |
| 3.2.1 TC4 钛合金的非线性等向强化与随动硬化本构模型 |
| 3.2.2 超声表面强化动力冲击响应 |
| 3.2.3 超声表面强化工具头运动状态仿真分析 |
| 3.3 面向航空叶片表面超声强化的机器人运动路径规划 |
| 3.3.1 超声强化工具头加工接触点规划 |
| 3.3.2 机器人超声强化路径行距规划 |
| 3.4 超声强化工具头在机器人运动空间中的位姿表达 |
| 3.4.1 机器人与末端超声强化装置的联合运动学分析 |
| 3.4.2 基于四元数球面立体插值的工具头姿态轨迹规划 |
| 3.5 叶片表面的机器人超声强化运动路径规划仿真 |
| 3.5.1 机器人超声表面强化系统坐标变换 |
| 3.5.2 机器人超声表面强化运动路径规划仿真 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 机器人超声表面强化接触力柔顺控制研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 机器人超声表面强化的力/位控制方法 |
| 4.3 柔顺力控制装置模型参数辨识 |
| 4.3.1 柔顺力控制装置传递函数模型 |
| 4.3.2 柔顺力控制装置传递函数模型参数辨识 |
| 4.4 柔顺力控制装置输出接触力的模糊PID控制 |
| 4.4.1 接触力的模糊控制 |
| 4.4.2 接触力的模糊PID控制方法 |
| 4.4.3 接触力模糊PID控制仿真研究 |
| 4.5 柔顺力控制装置输出接触力的模糊RBF神经网络PID控制 |
| 4.5.1 模糊RBF神经网络PID控制原理 |
| 4.5.2 接触力模糊RBF神经网络PID控制器设计 |
| 4.5.3 接触力模糊RBF神经网络PID控制仿真研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 航空叶片表面的机器人超声强化实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 柔顺力控制装置软硬件控制平台的实现 |
| 5.3 接触力柔顺控制算法实验研究 |
| 5.3.1 接触力柔顺控制算法实验方案 |
| 5.3.2 接触力阶跃响应实验 |
| 5.3.3 接触力正弦跟随实验 |
| 5.4 单条路径下柔顺力控制装置输出力控制算法实验研究 |
| 5.5 机器人超声表面强化加工参数优化实验研究 |
| 5.5.1 响应曲面设计法实验方案 |
| 5.5.2 回归方程模型的建立与分析 |
| 5.5.3 表面强化质量的响应曲面分析 |
| 5.6 钛合金航空叶片的机器人超声强化质量评价 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）襟翼飞行器非线性控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 BTT控制方法研究 |
| 1.2.1 BTT控制方法国外研究现状 |
| 1.2.2 BTT控制方法国内研究现状 |
| 1.3 飞行器复合控制国内外研究现状 |
| 1.3.1 古典频域方法 |
| 1.3.2 现代控制理论方法 |
| 1.4 高速再入飞行器执行机构国内外研究现状 |
| 1.4.1 襟翼飞行器国外研究现状 |
| 1.4.2 襟翼飞行器国内研究现状 |
| 1.4.3 非襟翼飞行器国内研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容及章节安排 |
| 第2章 基于襟翼控制的面对称飞行器动力学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 坐标系定义及相关坐标变换 |
| 2.2.1 坐标系定义 |
| 2.2.2 坐标系转换 |
| 2.3 襟翼飞行器的运动方程 |
| 2.4 微分几何基础知识 |
| 2.4.1 微分同胚 |
| 2.4.2 Lie导数 |
| 2.5 襟翼飞行器三通道控制系统能控性分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于SDRE方法的过载反馈襟翼飞行器控制律设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 过载反馈襟翼飞行器控制系统模型 |
| 3.3 SDRE控制方法基本原理 |
| 3.4 SDC形式 |
| 3.5 基于SDRE的襟翼飞行器三通道控制律设计 |
| 3.6 基于SDRE控制的襟翼飞行器三通道数值仿真分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于反馈线性化的襟翼飞行器控制律设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 襟翼飞行器的内动态分析 |
| 4.3 基于反馈线性化的襟翼飞行器三通道控制律设计 |
| 4.4 襟翼飞行器反馈线性化控制系统数值仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 引入直接力的襟翼飞行器滑模控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 引入直接力的襟翼飞行器控制系统模型 |
| 5.3 襟翼飞行器纵向通道控制律的设计 |
| 5.3.1 纵向通道舵偏角线性二次型最优控制律 |
| 5.4 襟翼飞行器侧向通道复合控制律的设计 |
| 5.4.1 侧向通道舵偏角线性二次型最优控制律 |
| 5.4.2 侧向通道直接侧向力控制系统模型 |
| 5.4.3 具有规范形式的线性系统的滑模控制律设计方法 |
| 5.4.4 侧向通道侧喷发动机滑模控制律设计 |
| 5.5 引入直接力的襟翼飞行器控制系统数值仿真分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 基于反馈线性化的直接侧向力与襟翼复合控制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 直接侧向力与襟翼复合控制飞行器运动模型 |
| 6.3 直接侧向力与襟翼复合控制系统内动态分析 |
| 6.3.1 气动力控制系统零动力学分析 |
| 6.3.2 直接侧向力与气动力复合控制系统零动力学分析 |
| 6.3.3 直接侧向力与气动力相互配合机理 |
| 6.4 直接侧向力与襟翼复合系统控制器设计 |
| 6.5 直接侧向力与襟翼复合控制系统数值仿真分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）切换仿射系统的多模型自适应控制及其在航空发动机上的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 航空发动机控制建模研究现状 |
| 1.2.2 仿射系统与切换仿射系统研究现状 |
| 1.2.3 自适应控制及其分支研究现状 |
| 1.3 本文主要内容与章节安排 |
| 2 面向航空发动机控制的切换仿射模型的建立 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 航空发动机结构 |
| 2.3 发动机部件级模型的建立 |
| 2.3.1 进气道特性 |
| 2.3.2 风扇特性 |
| 2.3.3 高压压气机特性 |
| 2.3.4 燃烧室特性 |
| 2.3.5 高压涡轮特性 |
| 2.3.6 低压涡轮特性 |
| 2.3.7 尾喷管特性 |
| 2.4 共同工作方程 |
| 2.4.1 共同工作方程 |
| 2.4.2 平衡点计算 |
| 2.5 切换仿射系统建立 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 仿射系统的多模型自适应控制及其在航空发动机上的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述和假设 |
| 3.2.1 问题描述 |
| 3.2.2 控制目标 |
| 3.2.3 假设和引理 |
| 3.3 仿射系统的多模型自适应控制设计与分析 |
| 3.3.1 自适应控制器及自适应律设计 |
| 3.3.2 辨识模型集设计 |
| 3.3.3 增广滤波器设计 |
| 3.3.4 辨识模型切换律设计与稳定性分析 |
| 3.3.5 多模型自适应控制算法 |
| 3.4 仿真实例 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 切换仿射系统的多模型自适应控制及其在航空发动机上的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 问题描述与定义 |
| 4.2.1 问题描述 |
| 4.2.2 控制目标与定义 |
| 4.3 切换仿射系统的多模型自适应控制设计与分析 |
| 4.3.1 参考模型的稳定性分析 |
| 4.3.2 双层切换结构 |
| 4.3.3 自适应控制器及自适应律设计 |
| 4.3.4 双层切换律设计与稳定性分析 |
| 4.4 仿真实例 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 符号说明 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（4）基于数据驱动的涡扇发动机非线性控制器设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 涡扇发动机控制研究现状 |
| 1.3 智能控制研究发展及现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 2 涡扇发动机模型基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 涡扇发动机部件级模型 |
| 2.2.1 进气道 |
| 2.2.2 风扇 |
| 2.2.3 高压压气机 |
| 2.2.4 燃烧室 |
| 2.2.5 高压涡轮 |
| 2.2.6 低压涡轮 |
| 2.2.7 混合室 |
| 2.2.8 加力燃烧室 |
| 2.2.9 尾喷管 |
| 2.3 共同工作方程 |
| 2.4 涡扇发动机线性化模型 |
| 2.5 涡扇发动机LPV模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于自适应增强的涡扇发动机控制器设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述 |
| 3.3 控制系统结构设计 |
| 3.4 基于自适应增强的涡扇发动机控制器设计 |
| 3.5 仿真与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于滑动模态变结构的涡扇发动机多变量控制器设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 涡扇发动机多变量控制 |
| 4.2.1 涡扇发动机多变量控制原理 |
| 4.2.2 控制参数选取 |
| 4.2.3 控制器性能指标 |
| 4.2.4 仿真工作点选择 |
| 4.3 基于滑动模态变结构的涡扇发动机控制器设计 |
| 4.3.1 滑模控制原理 |
| 4.3.2 鲸鱼优化算法 |
| 4.3.3 滑模控制器设计方法及趋近律分析 |
| 4.4 验证与分析 |
| 4.4.1 仿真验证 |
| 4.4.2 试验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于神经网络的涡扇发动机多变量控制器设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于RBF神经网络滑模的涡扇发动机控制器设计 |
| 5.2.1 RBF神经网络 |
| 5.2.2 基于RBF神经网络滑模的涡扇发动机控制器设计 |
| 5.2.3 稳定性分析 |
| 5.2.4 仿真验证与分析 |
| 5.3 基于因果卷积神经网络的涡扇发动机控制器设计 |
| 5.3.1 因果卷积神经网络 |
| 5.3.2 基于因果卷积神经网络的涡扇发动机控制器设计 |
| 5.3.3 稳定性分析 |
| 5.3.4 仿真验证与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（5）航空发动机分布式系统时延分析及控制设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 航空发动机分布式控制系统概述 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 航空发动机时延控制研究现状 |
| 1.2.2 航空发动机多变量控制研究现状 |
| 1.2.3 分布式系统仿真平台研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容及章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 2 发动机模型及时延控制基础 |
| 2.1 涡扇发动机非线性模型 |
| 2.2 分布式架构下时延分析 |
| 2.2.1 网络诱导时延 |
| 2.2.2 时延影响因素 |
| 2.3 控制器基础介绍 |
| 2.3.1 ALQR控制器原理 |
| 2.3.2 内模控制器原理 |
| 3 DALQR时延控制系统设计及验证 |
| 3.1 DALQR时延控制系统 |
| 3.1.1 DALQR时延控制系统方案 |
| 3.1.2 DALQR主控制器设计 |
| 3.1.3 副控制器设计 |
| 3.2 仿真验证与分析 |
| 4 IMC时延控制系统设计及验证 |
| 4.1 IMC时延控制系统 |
| 4.1.1 IMC时延系统控制方案 |
| 4.1.2 IMC主控制器设计 |
| 4.1.3 神经网络时延预测 |
| 4.2 仿真验证及分析 |
| 4.3 IMC与 DALQR时延控制对比分析 |
| 5 分布式仿真平台搭建和验证 |
| 5.1 Truetime分布式仿真平台 |
| 5.1.1 Truetime工具箱简介 |
| 5.1.2 分布式仿真平台搭建 |
| 5.1.3 分布式系统控制律仿真验证 |
| 5.2 网络拓扑结构分析 |
| 5.2.1 总线型拓扑结构 |
| 5.2.2 星型拓扑结构 |
| 5.2.3 环型拓扑结构 |
| 5.2.4 拓扑结构分析 |
| 5.3 硬件在回路仿真验证 |
| 5.3.1 硬件在回路仿真平台 |
| 5.3.2 验证结果与分析 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（6）连续爆轰发动机起爆、湮灭、再起爆机理的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 爆轰现象与爆轰理论 |
| 1.2.1 爆燃与爆轰 |
| 1.2.2 爆轰现象的发现 |
| 1.2.3 C-J理论 |
| 1.2.4 ZND模型 |
| 1.2.5 爆轰波胞格结构 |
| 1.2.6 爆轰波自持机理讨论 |
| 1.3 爆轰推进 |
| 1.3.1 脉冲爆轰发动机 |
| 1.3.2 驻定 (斜) 爆轰发动机 |
| 1.3.3 连续爆轰发动机 |
| 1.4 连续爆轰发动机最新研究进展 |
| 1.4.1 连续爆轰火箭式发动机 |
| 1.4.2 连续爆轰冲压式发动机 |
| 1.4.3 连续爆轰涡轮式发动机 |
| 1.4.4 挑战、发展趋势及思考 |
| 1.5 问题与不足 |
| 1.6 本文的主要工作和内容 |
| 第二章 实验系统及方法 |
| 2.1 连续爆轰燃烧室 |
| 2.2 供气系统 |
| 2.2.1 气库 |
| 2.2.2 配气柜 |
| 2.2.3 附件台架 |
| 2.2.4 末端台架 |
| 2.3 排气系统 |
| 2.3.1 排气管道 |
| 2.3.2 消音塔 |
| 2.4 点火系统 |
| 2.4.1 火花塞 |
| 2.4.2 预爆轰管 |
| 2.5 测控系统 |
| 2.5.1 控制/低频采集系统 |
| 2.5.2 独立高频采集系统 |
| 2.6 煤油系统 |
| 2.6.1 煤油供给 |
| 2.6.2 煤油热解 |
| 2.7 参数测量 |
| 2.7.1 流量测量 |
| 2.7.2 压力测量 |
| 2.7.3 温度测量 |
| 2.7.4 推力测量 |
| 2.7.5 光学测量 |
| 2.8 实验方法 |
| 2.8.1 时序设计 |
| 2.8.2 实验操作大纲 |
| 2.9 实验系统安全防护设计 |
| 2.9.1 系统安全防护措施 |
| 2.10 本章小结 |
| 第三章 连续爆轰波传播特性分析及其影响因素实验研究 |
| 3.1 连续爆轰波典型工作模态 |
| 3.2 连续爆轰波小波分析 |
| 3.3 掺混距离对连续爆轰波工作模态的影响 |
| 3.3.1 实验研究 |
| 3.3.2 数值模拟 |
| 3.4 预爆轰管充气时间对连续爆轰波传播特性的影响 |
| 3.4.1 对爆轰波传播速度的影响 |
| 3.4.2 对爆轰波起爆延迟时间的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 连续爆轰波起爆、湮灭、再起爆机理的实验研究 |
| 4.1 连续爆轰波起爆及稳定过程 |
| 4.1.1 燃烧模态识别 |
| 4.1.2 连续爆轰波稳定过程 |
| 4.2 单波-双波-单波转变机理 |
| 4.2.1 单波-双波-单波转变现象 |
| 4.2.2 单波-双波-单波转变机理分析 |
| 4.3 短时再起爆机理 |
| 4.3.1 短时再起爆现象 |
| 4.3.2 短时再起爆机理分析 |
| 4.4 长时再起爆机理 |
| 4.4.1 长时再起爆现象 |
| 4.4.2 长时再起爆机理分析 |
| 4.5 喷注压力对再起爆特性的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 水冷式连续爆轰发动机实验研究 |
| 5.1 水冷系统设计 |
| 5.2 水冷式燃烧室设计 |
| 5.3 连续爆轰发动机性能分析 |
| 5.4 连续爆轰发动机长程实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文取得的主要研究成果 |
| 6.2 全文的主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 连续爆轰发动机面向工程应用的概念设计 |
| A.1 基于液态燃料的连续爆轰冲压组合发动机概念设计 |
| A.1.1 设计背景 |
| A.1.2 设计简述 |
| A.1.3 创新点 |
| A.2 基于固体粉末的连续爆轰冲压组合发动机概念设计 |
| A.2.1 设计背景 |
| A.2.2 设计简述 |
| A.2.3 创新点 |
| A.3 基于固体粉末的连续爆轰火箭发动机概念设计 |
| A.3.1 设计背景 |
| A.3.2 设计简述 |
| A.3.3 创新点 |
| A.4 基于连续爆轰加力的涡扇发动机概念设计 |
| A.4.1 设计背景 |
| A.4.2 设计简述 |
| A.4.3 创新点 |
| A.5 基于连续爆轰的涡扇发动机概念设计 |
| A.5.1 设计背景 |
| A.5.2 设计简述 |
| A.5.3 创新点 |
| A.6 总结 |
| 附录B 实验应急预案和注意事项 |
| 博士期间发表和完成的论文 |
| 致谢 |
（7）碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超燃冲压发动机控制用模型研究现状 |
| 1.2.2 超燃冲压发动机控制问题研究现状 |
| 1.2.3 超燃冲压发动机控制方法研究现状 |
| 1.3 考虑再生冷却的超燃冲压发动机主要控制问题 |
| 1.3.1 再生冷却作用下的超温问题 |
| 1.3.2 再生冷却作用下的推力与稳定裕度切换控制问题 |
| 1.3.3 再生冷却作用下的燃烧模态转换突变与滞环问题 |
| 1.3.4 再生冷却作用下多目标控制问题 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 面向控制的碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机一维建模方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 面向控制的再生冷却超燃冲压发动机模型的需求分析 |
| 2.2.1 冷却与燃烧耦合特性对模型的需求分析 |
| 2.2.2 超温控制对模型的需求分析 |
| 2.2.3 推力与稳定裕度控制对模型的需求分析 |
| 2.2.4 燃烧模态转换控制对模型的需求分析 |
| 2.3 超燃冲压发动机再生冷却系统计算模块 |
| 2.3.1 燃气与壁面热对流求解方法 |
| 2.3.2 冷却通道内燃油流动求解方法 |
| 2.3.3 壁面温度求解方法 |
| 2.4 超燃冲压发动机燃烧室计算模块 |
| 2.4.1 燃烧室一维建模与求解方法 |
| 2.4.2 模型修正与完善 |
| 2.4.3 燃烧室计算模块验证 |
| 2.5 考虑再生冷却的超燃冲压发动机一维模型 |
| 2.5.1 流动—燃烧—传热模型耦合方法 |
| 2.5.2 再生冷却对燃烧释热的影响机制分析 |
| 2.5.3 再生冷却超燃冲压发动机一维模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机超温控制方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 再生冷却超燃冲压发动机几何构型与边界条件 |
| 3.3 再生冷却超燃冲压发动机飞行过程中的超温问题 |
| 3.4 再生冷却超燃冲压发动机温度特性研究 |
| 3.4.1 再生冷却作用下温度超调特性分析 |
| 3.4.2 燃油分配比例对油温的影响规律 |
| 3.4.3 不起动与超温限制下的安全工作区域选择 |
| 3.5 燃烧室构型对温度特性影响机制与局部超温问题研究 |
| 3.5.1 不同燃烧室构型下的温度特性 |
| 3.5.2 局部超温问题与超温监测量选取 |
| 3.6 再生冷却超燃冲压发动机温度控制方法研究 |
| 3.6.1 贴近超温边界时温度保护控制方法 |
| 3.6.2 越过超温边界时超温恢复控制方法 |
| 3.6.3 高马赫数下推力—热载荷不平衡时的控制方法 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机推力与稳定裕度控制方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于再生冷却的推力与稳定裕度稳态规律研究 |
| 4.2.1 再生冷却引发的推力稳态特性差异性分析 |
| 4.2.2 再生冷却引发的稳定裕度稳态特性差异性分析 |
| 4.3 基于再生冷却的推力与稳定裕度动态响应特性研究 |
| 4.3.1 燃油当量比变化下的推力动态响应特性 |
| 4.3.2 燃油当量比变化下的稳定裕度动态响应特性 |
| 4.4 基于再生冷却的推力与稳定裕度控制方法研究 |
| 4.4.1 远离不起动边界时推力控制方法 |
| 4.4.2 贴近不起动边界时稳定裕度保护控制方法 |
| 4.4.3 越过不起动边界时再起动恢复控制方法 |
| 4.5 基于再生冷却的推力与稳定裕度保护切换控制研究 |
| 4.5.1 再生冷却对推力与稳定裕度保护控制切换点的影响 |
| 4.5.2 再生冷却作用下推力与稳定裕度保护控制切换方案选择 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机燃烧模态转换控制方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 燃烧模态转换的机理分析 |
| 5.3 基于再生冷却的燃烧模态转换过程研究 |
| 5.3.1 再生冷却作用下突变特性差异性分析 |
| 5.3.2 再生冷却作用下滞环特性差异性分析 |
| 5.3.3 再生冷却作用下转换路径差异性分析 |
| 5.4 基于再生冷却的燃烧模态转换控制方法研究 |
| 5.4.1 小滞环情形下燃烧模态转换过程控制与仿真 |
| 5.4.2 大滞环情形下燃烧模态转换过程控制与仿真 |
| 5.4.3 燃烧模态转换控制的指导性方案 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机多目标控制方法研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于温度—稳定裕度—推力的多回路协调控制研究 |
| 6.2.1 再生冷却超燃冲压发动机多回路协调控制系统简介 |
| 6.2.2 再生冷却超燃冲压发动机多回路间的切换逻辑 |
| 6.2.3 再生冷却超燃冲压发动机多回路协调控制系统验证 |
| 6.2.4 低马赫不起动限制向高马赫超温限制转换过程仿真 |
| 6.2.5 再生冷却超燃冲压发动机多回路协调控制方法评述 |
| 6.3 再生冷却超燃冲压发动机多变量控制系统设计 |
| 6.3.1 发动机多变量系统的状态变量线性模型 |
| 6.3.2 发动机多变量系统辨识与线性模型验证 |
| 6.3.3 发动机多变量系统H_∞标准问题 |
| 6.3.4 发动机多变量系统混合灵敏度问题 |
| 6.4 基于温度与推力的多变量控制系统仿真 |
| 6.4.1 再生冷却超燃冲压发动机多变量控制下的飞行任务选取 |
| 6.4.2 再生冷却超燃冲压发动机多变量控制下的飞行过程仿真 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）基于平衡流形模型的涡扇发动机多变量控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的问题来源 |
| 1.2 课题研究的背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 航空发动机建模的发展 |
| 1.3.2 航空发动机鲁棒多变量控制的发展 |
| 1.3.3 航空发动机线性变参数控制的发展 |
| 1.4 本文的研究内容及章节安排 |
| 第2章 涡扇发动机平衡流形模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 涡扇发动机线性化模型 |
| 2.2.1 发动机状态变量线性模型 |
| 2.2.2 发动机线性变参数模型 |
| 2.3 平衡流形模型 |
| 2.3.1 平衡流形动态结构 |
| 2.3.2 平衡流形模型的主要性质 |
| 2.4 多入多出涡扇发动机平衡流形模型的辨识 |
| 2.4.1 模型向多入多出系统的拓展 |
| 2.4.2 涡扇发动机动态仿真特性 |
| 2.4.3 涡扇发动机稳态平衡流形辨识 |
| 2.4.4 涡扇发动机平衡流形动态结构辨识 |
| 2.4.5 调度变量的影响 |
| 2.5 平衡流形模型的线性化应用 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于平衡流形模型的涡扇发动机多变量H∞控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 H∞控制基本问题 |
| 3.2.1 H∞标准问题 |
| 3.2.2 相对增益阵列 |
| 3.2.3 混合灵敏度H∞综合 |
| 3.3 状态变量模型的平衡流形获取方法 |
| 3.3.1 系数矩阵缺失参数补全结果 |
| 3.3.2 发动机线性模型稳定性与可控性分析 |
| 3.4 发动机混合灵敏度H∞综合 |
| 3.4.1 发动机H∞控制系统设计 |
| 3.4.2 仿真结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于平衡流形模型的涡扇发动机线性变参数控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 线性变参数控制基本问题 |
| 4.2.1 LMI相关理论 |
| 4.2.2 多胞鲁棒变增益控制原理 |
| 4.3 线性变参数模型的平衡流形获取方法 |
| 4.4 发动机鲁棒变增益控制方法 |
| 4.4.1 基于平衡流形方法的涡扇发动机增广模型 |
| 4.4.2 多胞凸分解系数的求取 |
| 4.4.3 多胞变增益控制器设计 |
| 4.4.4 仿真结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于平衡流形模型的涡扇发动机切换线性变参数控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 切换线性变参数控制原理 |
| 5.2.1 切换系统的Lyapunov稳定性分析 |
| 5.2.2 平滑过渡的切换策略 |
| 5.2.3 基于共同Lyapunov函数的切换线性变参数控制 |
| 5.3 发动机切换线性变参数控制方法 |
| 5.3.1 平滑过渡的切换多胞线性变参数模型 |
| 5.3.2 切换线性变参数控制器设计 |
| 5.3.3 仿真结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（9）高超声速飞行器巡航非线性控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高超声速飞行器的研究现状 |
| 1.2.2 高超声速飞行器控制技术研究现状 |
| 1.3 论文组织结构及章节安排 |
| 2 高超声速飞行器的建模及分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 高超声速飞行器建模 |
| 2.2.1 几何模型及参数 |
| 2.2.2 基本简化假设 |
| 2.2.3 常用坐标系的定义 |
| 2.2.4 坐标系间关系及其转换 |
| 2.2.5 高超声速飞行器六自由度模型 |
| 2.2.6 气动力及气动力矩 |
| 2.3 大气环境模型 |
| 2.4 高超声速飞行器纵向运动模型 |
| 2.4.1 纵向运动模型 |
| 2.4.2 模型稳定性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于精确反馈线性化的高超声速飞行器动态逆控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 相关预备知识 |
| 3.2.1 非线性动态逆基础 |
| 3.2.2 MIMO系统精确反馈线性化 |
| 3.3 高超声速飞行器纵向模型精确反馈线性化 |
| 3.4 基于ESO的非线性动态逆控制器设计 |
| 3.4.1 问题描述 |
| 3.4.2 动态逆控制律设计 |
| 3.4.3 扩张状态观测器设计 |
| 3.4.4 仿真验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 高超声速飞行器鲁棒反演控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 相关预备知识 |
| 4.2.1 反演法设计步骤 |
| 4.2.2 简单示例 |
| 4.3 反演控制器设计 |
| 4.3.1 控制律设计 |
| 4.3.2 仿真验证 |
| 4.4 基于LESO的高超声速飞行器动态面控制器设计 |
| 4.4.1 IHSTD设计 |
| 4.4.2 线性扩张状态观测器设计 |
| 4.4.3 稳定性分析 |
| 4.4.4 仿真验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 高超声速飞行器自适应滑模及多幂次滑模控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自适应滑模控制器设计 |
| 5.2.1 控制律设计 |
| 5.2.2 稳定性分析 |
| 5.2.3 仿真验证 |
| 5.3 含非线性干扰观测器的多幂次滑模控制器设计 |
| 5.3.1 控制律设计 |
| 5.3.2 基于IHSTD的非线性干扰观测器设计 |
| 5.3.3 稳定性分析 |
| 5.3.4 仿真验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 考虑非匹配干扰的高超声速飞行器抗饱和自适应鲁棒控制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模型和问题描述 |
| 6.3 控制器设计 |
| 6.3.1 控制律设计 |
| 6.3.2 稳定性分析 |
| 6.3.3 仿真验证 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
（10）航空发动机μ控制器设计及降阶方法研究（论文提纲范文）
| 1 发动机线性模型的建立 |
| 2 μ方法与D-K迭代 |
| 3 控制器设计 |
| 4 仿真算例 |
| 5 模型降阶的方法 |
| 6 μ控制器的降阶实现与分析对比 |
| 7 结论 |
四、航空发动机固定阶混合μ控制器设计方法的研究（论文参考文献）
- [1]面向航空叶片表面超声强化的机器人运动规划与柔顺控制研究[D]. 房善想. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]襟翼飞行器非线性控制方法研究[D]. 董金鲁. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]切换仿射系统的多模型自适应控制及其在航空发动机上的应用[D]. 杨林翰. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]基于数据驱动的涡扇发动机非线性控制器设计研究[D]. 韩英举. 大连理工大学, 2021(01)
- [5]航空发动机分布式系统时延分析及控制设计[D]. 王欣悦. 大连理工大学, 2021(01)
- [6]连续爆轰发动机起爆、湮灭、再起爆机理的实验研究[D]. 马壮（John Z. Ma）. 北京大学, 2021(09)
- [7]碳氢燃料再生冷却超燃冲压发动机控制方法研究[D]. 马继承. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]基于平衡流形模型的涡扇发动机多变量控制研究[D]. 吕铖坤. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [9]高超声速飞行器巡航非线性控制技术研究[D]. 杨文骏. 西北工业大学, 2018(02)
- [10]航空发动机μ控制器设计及降阶方法研究[J]. 刘振刚,崔丽娜,郭政波. 航空科学技术, 2018(02)